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Forma cerrada de$\sum_{k=1}^{\infty }\left(\psi_1(k)\right)^n$

Inspirado por las respuestas a esta pregunta, para la que $n$ valores podemos especificar un formato cerrado de

$$S(n)=\sum_{k=1}^{\infty }\left(\psi_1(k)\right)^n\,?$$

Aquí $\psi_1$ es el trigamma función, y $n\geq2$ es un número entero.

Creo que para las pequeñas $n$ valores que hay una forma cerrada. A partir de las respuestas anteriores sabemos que $S(2)=3\zeta(3)$. Creo que hay una generalización de Olivier Oloa enfoque del uso de las técnicas de Pedro Freitas' de papel. Tenga en cuenta que hay un error conocido en el papel. Además creo que robjohn la respuesta ha generalizado el uso de los resultados de la nota de Philippe Flajolet y Bruno Salvy.

Pregunta. Hay una forma cerrada de $S(n)$ $2\leq n \leq 7\,?$

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Eric Lee Puntos 136

El uso de $$ \psi_1(n) = \sum_{k\geq n}\frac1{k^2}, $$ escribir $$ S(3) = \sum_{k\geq1}\sum_{i,j,l\geq k}\frac{1}{i^2j^2l^2}. $$ La suma de $i,j,l\geq k$ se descompone en la suma $$ \{i=j=l\geq k\} + 3\{i=j, l\geq k ; i\neq l\} + \{i,j,l\geq k; i\neq j, i\neq l, j\neq l\}. $$ Por lo tanto $$ S(3) = \sum_{i\geq k\geq 1}\frac{1}{i^6} + 3\sum_{i\geq k, j\geq k, i\neq j}\frac{1}{i^4j^2} + \sum_{i,j,l\geq k, i\neq j, j\neq l, i\neq l} \frac{1}{i^2j^2l^2}. $$ Haciendo la suma de $k$ primero, y el reordenamiento de la suma apropiadamente da $$ \begin{aligned} S(3) &= \sum_{i\geq 1}\frac1{i^5} + 3\sum_{i>l\geq1}\frac{1}{i^4l} + 3\sum_{i>l\geq1}\frac{1}{i^2l^3} +6\sum_{i>j>l\geq1}\frac{1}{i^2j^2l} \\&= \zeta(5) + 3\zeta(4,1) + 3\zeta(2,3) + 6\zeta(2,2,1) \end{aligned} $$ en términos de la multivariante zeta función.

Simplificando, este análisis ofrece: $$ S(2) = 3\zeta(3). $$ $$ S(3) = 9 \zeta (3) \zeta (2)-\tfrac{25}{2} \zeta (5). $$ $$ S(4) = 10 \zeta (5) \zeta (2)+51 \zeta (3) \zeta (4)- \tfrac{301}{4}\zeta (7) $$ $$ S(5) = -\tfrac{1505}{4} \zeta (7) \zeta (2)+\tfrac{125}{2} \zeta (5) \zeta (4)+\tfrac{835}{4} \zeta (3) \zeta (6)+\tfrac{11791}{36} \zeta (9)-10 \zeta (3)^3. $$ Aquí encontré $S(4)$ $S(5)$ numéricamente sin pruebas. Para $S(m)$ $m\geq 6$ probablemente no hay forma cerrada, excepto en términos de irreductible multivariante valores zeta.

Por ejemplo, si usted permite formas cerradas en términos de doble Euler sumas, entonces $$ S(6) = \tfrac{820230}{901} \zeta (3) s_h(2,6)+\tfrac{192}{901} s_h(8,3)+\tfrac{10}{901} s_h(9,2)-\tfrac{1953509}{2703} \zeta (9) \zeta (2)-\tfrac{762298}{901} \zeta (3)^3 \zeta (2)-\tfrac{19487373}{7208} \zeta (7) \zeta (4)+\tfrac{48455}{34} \zeta (5) \zeta (6)-\tfrac{8977165}{1272} \zeta (3) \zeta (8)+\tfrac{1790142}{901} \zeta (3)^2 \zeta (5)+\tfrac{12188899}{3604} \zeta (11) $$ $$ S(7) = \tfrac{6143922}{1007} \zeta (3) \zeta (2) s_h(2,6)+\tfrac{29361277}{2014} \zeta (5) s_h(2,6)-\tfrac{2696}{1007} \zeta (3) s_h(7,3)+\tfrac{3138}{1007} \zeta (3) s_h(8,2)+\tfrac{273}{1007} \zeta (2) s_h(8,3)-\tfrac{84}{1007} \zeta (2) s_h(9,2)+\tfrac{1046978}{1007} s_h(5,8)-\tfrac{805894}{1007} s_h(6,7)-\tfrac{1796398}{1007} s_h(7,6)-\tfrac{1530997}{1007} s_h(8,5)-\tfrac{720964}{1007} s_h(9,4)-\tfrac{144069}{1007} s_h(10,3)+\tfrac{12}{1007} s_h(11,2)-\tfrac{4525536}{1007} \zeta (11) \zeta (2)-\tfrac{11096255}{2014} \zeta (3)^2 \zeta (5) \zeta (2)-\tfrac{14173495}{2014} \zeta (9) \zeta (4)-\tfrac{19952365}{1007} \zeta (3)^3 \zeta (4)+\tfrac{8234835}{152} \zeta (7) \zeta (6)+\tfrac{339826375}{2544} \zeta (5) \zeta (8)-\tfrac{9006237625}{32224} \zeta (3) \zeta (10)+\tfrac{15302200}{1007} \zeta (3) \zeta (5)^2+\tfrac{42533615}{2014} \zeta (13)-\tfrac{39044583}{1007} \zeta (3)^2 \zeta (7) $$

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